一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法技术

本发明专利技术提供了一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法，主要包括通过共沉淀

【技术实现步骤摘要】
一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法


[0001]本专利技术属于污水处理领域，具体涉及一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法，用于去除废水难降解有机物。

技术介绍

[0002]难降解废水是煤化工、炼油、石化、造纸、制药等行业产生的废水之一，被广泛应用于不同工业领域，如煤气、焦化、炼油、冶金、机械制造、玻璃、石油化工、化学有机合成工业等。绝大部分难降解化合物以废水的形式排放，难降解化合物及其衍生物有有毒有害、难降解等特点，即使在很低浓度下也会对水体环境造成严重污染，同时对人和动物具有强致癌作用，因此对难降解废水的降解研究具有重要的现实意义。
[0003]目前，难降解废水的处理方法主要有物理法、生物法、化学法等，这些传统水处理技术对难降解废水的降解效率较低，容易产生二次污染。其中化学法中的催化湿式过氧化氢法是一种高效、快速、彻底处理高浓度有机废水的高级氧化技术。中国专利(申请号：CN202111192154.1)公开了一种催化剂投放自动配比的建筑施工污水处理沉淀装置及处理方法，该专利解决了沉淀过程中催化剂投放的安全问题，但是在该反应体系中也存在粉末催化剂有效活性成分流失多、催化活性低、分离效果不彻底等缺陷。中国专利(申请号： CN202110476249.X)公开了一种过渡金属氧化物类芬顿催化剂及其制备方法与应用，该专利将制备的催化剂填充到固定床上，活化过硫酸盐降解有机废水，但固定床催化剂比表面积较小，导致催化活性较低；且固定床反应器中水力混合均匀程度较低，不利于充分反应。<br/>[0004]基于此，本专利技术以耦合催化氧化法和膜分离技术的形式，制备一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒。氧化石墨烯量子点相比氧化石墨烯片具有优异的水溶性，良好的生物相容性，低毒性，低成本，易于官能化等特点，该催化剂在降解过程中不仅保持了类芬顿产生的
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OH对高浓度难降解污染物的无选择性、反应速率快、降解彻底等优点；通过将固体颗粒负载在无机多孔介质上增大了催化剂与污染物的接触面积，强化了悬浮态固体颗粒催化剂本身的催化性能；无机多孔介质分离技术的高效截留、无相变分离特性，不仅有效地回收了反应液体系中未负载成功的催化剂，还能去除废水中大部分悬浮性颗粒和非溶解性胶体，使整个反应体系持续有效地稳定运行；通过催化氧化对污染物的降解，该耦合形式有效减轻了膜污染，提高了膜的抗污染性和使用寿命。因此，开发一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法对难降解废水污染物的去除具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为解决以上问题，本专利技术提供了一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法，主要步骤包括核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的制备；以无机多孔介质为载体，通过控制负载过程工艺条件，将制备的催化颗粒均匀负载在载体表面，在浸渍过程中通过气体均匀曝气，防止催化颗粒进入孔道中堵塞多孔材料；将制得的均匀负载核壳
化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的无机多孔介质作为反应器载体，通过控制工艺条件，实现难降解废水中的有机污染物高效降解。
[0006]本专利技术的一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法的技术方案为：
[0007](1)通过控制搅拌时间及氨丙基三乙氧基硅烷的投加量，实现铁粒子与氧化石墨烯量子点的自组装，缓慢加入硼氢化钠，对包裹有氧化石墨烯量子点的铁粒子进行还原，实现复合材料的共沉淀，调控制得具有一定堆积密度、硬度、粒径的高活性铁基催化剂；
[0008](2)以无机多孔介质为载体，采用溶液浸渍
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煅烧法将制备的催化颗粒均匀负载在载体表面；
[0009](3)将制得的均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化剂颗粒的无机多孔介质作为反应器载体，通过控制工艺流程参数，实现难降解废水中的有机污染物高效降解。
[0010]技术难点
[0011]本专利技术的难点在于：
[0012](1)铁基催化剂独有的化学结构、官能团分布、较强的电子传递力以及独有的物理包裹方式使得催化剂本身催化活性较高。
[0013](2)在难降解有机废水的处理过程中，直接向反应器中投放粉末催化剂，将会出现催化剂流失，甚至会造成催化剂失活的问题；
[0014](3)在难降解有机废水的处理过程中，将催化剂固定到填充床上应用较广泛，但固定床对催化剂的粒径有限制，且催化剂活性内表面得不到充分利用；
[0015](4)难降解有机废水有机物化学组成和结构复杂，具有有机物浓度高、毒性大、可生化性低等特点，需要根据具体的水质特点选择去除方法，并通过工艺条件的优化防止催化剂失活。
[0016]为解决以上问题，本专利技术提出一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法，核壳化复合材料被稳定固定在无机多孔介质表面，颗粒催化效率高，易于分离，可重复利用；负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒在液相中活化过氧化氢产生羟基自由基，攻击并有效去除废水中难降解有机物，同时在此过程中无机多孔介质对一些微米级的物质起到截留分离的作用，两者产生协同耦合效应，防止催化剂失活，确保整个反应体系持续有效地稳定运行。
[0017]解决以上技术问题的本专利技术创新了一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法，主要包括均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒制备和利用制备的均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒活化过氧化氢处理难降解废水，其具体内容如下。
[0018]1.一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法，具体实施步骤及技术特点如下：
[0019]在0℃左右的冰浴条件下，依次加入石墨粉、浓硫酸，质量投加比为浓硫酸：石墨粉＝176：1，反应过程在超声波反应器中进行，超声波频率 50～80KHz，反应时间30～40min；依次加入NaNO3、KMnO4，石墨粉、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为4:5:16，升温至96
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98℃，加入去离子水、30％过氧化氢和盐酸；保留底部黄褐色溶液，静置沉降，倒掉上清液的含酸废水，反复8～10 次直至呈中性；调节pH到11～12，水热反应70～100min；加入无水氯化铁、氨丙
基三乙氧基硅烷，实现铁粒子与氧化石墨烯量子点的自组装，再缓慢加入硼氢化钠，搅拌直至氢气产生量&lt;1mL/L
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min，实现氧化石墨烯量子点零价铁的共沉淀；分别用无氧去离子水和无氧无水乙醇作为溶剂，离心分离混合液；干燥，得到核壳化氧化石墨烯量子点零价铁。
[0020]石墨在氧化剂的作用下被硫酸插层，生成石墨
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硫酸一阶插层物，氧化剂随对石墨进行从四周到中央的氧化，氧化完成后形成本征氧化石墨，之后与水反应，同时水进入层间替代其中的酸导致剥离得到氧化石墨烯。氧化石墨烯的尺寸对其自身的两亲性有着显著的影响。氧化石墨烯的尺寸分为厚度和横向尺寸，由于其疏水性主要来自二维的平面结构，即其横向尺寸越大，疏水程度越高；另一方面，氧化石墨烯是一种刚性材料，大尺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的污水处理方法，其特征在于：通过共沉淀
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自组装法制得核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒；再以无机多孔材料为载体，采用溶液浸渍
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煅烧法将制备的催化颗粒均匀负载在无机多孔材料载体表面，制得均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒的无机多孔材料反应器，利用均匀负载核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒反应器催化降解污水中的有机污染物。2.权利要求1所述共沉淀
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自组装法制备核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒制备，其特征在于：在0℃左右的冰浴条件下，依次加入石墨粉、浓硫酸，质量投加比为浓硫酸：石墨粉＝176：1，反应过程在超声波反应器中进行，超声波频率50～80KHz，反应时间30～40min；依次加入NaNO3、KMnO4，石墨粉、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为4:5:16，升温至96
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98℃，加入去离子水、30％过氧化氢和盐酸；保留底部黄褐色溶液，静置沉降，倒掉上清液的含酸废水，反复8～10次直至呈中性；调节pH到11～12，水热反应70～100min；加入无水氯化铁、氨丙基三乙氧基硅烷，实现铁粒子与氧化石墨烯量子点的自组装，再缓慢加入硼氢化钠，搅拌直至氢气产生量小于1mL/L
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min，实现氧化石墨烯量子点零价铁的共沉淀；分别用无氧去离子水和无氧无水乙醇作为溶剂，离心分离混合液；干燥，得到核壳化氧化石墨烯量子点零价铁。3.根据权利要求1所述共沉淀
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自组装法制备核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒制备，其特征在于：催化剂形态为圆球规则态颗粒，粒径范围为134～182nm，比表面积为91.2～132.55m2/g，堆积密度为20～60kg/m3，硬度为2～3。4.根据权利要求1所述催化颗粒均匀负载在无机多孔材料反应器的制备，其特征在于：步骤(1)：在去离子水中对无机多孔材料浸泡2h；步骤(2)：将步骤1中浸泡完成的无机多孔材料中放置权利要求2所制备的核壳化氧化石墨烯零价铁催化颗粒混合液，混合液在无机多孔材料内旋流浸渍，浸渍过程中的气体保护，浸渍完成后，烘干；步骤(3)：400～600℃绝氧加热5个小时，氧气含量小于0.1％，制得...

【专利技术属性】
技术研发人员：任宏洋，毛寒，王兵，朱天菊，李琋，王朝阳，薛代惠美，杜若岚，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：